任务一 新能源汽车现状、发展与识别

学习目标

知识目标

1.能够描述新能源汽车的定义和发展新能源汽车的意义。

2.能够描述新能源汽车的现状与发展趋势。

3.能够描述新能源汽车的类型、生产厂商和代表车型。

4.能够介绍新能源汽车结构与传统汽车的区别。

5.能够描述新能源汽车的性能特征与评价参数。

技能目标

1.能够进行新能源汽车外观特征和类型识别。

2.能够进行新能源汽车主要部件位置识别。

3.能够进行新能源汽车评价参数查询。

4.能够进行燃油汽车与纯电动汽车使用费用对比。

任务导入

近年来，新能源汽车是汽车行业的热门话题。作为汽车行业从业人员，如果有人问你什么是新能源汽车？新能源汽车与传统汽车有什么区别？你能正确回答吗？

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引导问题一 什么是新能源汽车？为什么要发展新能源汽车？

1.新能源汽车的定义

新能源汽车包括两层含义，即新能源和汽车。

新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式，即刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等，如图1-1-1所示。

根据2017年7月1日正式实施的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定（工信部令第39号）》：新能源汽车是指采用新型动力系统，完全或者主要依靠新型能源驱动的汽车，包括插电式混合动力（含增程式）汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车等。

汽车用的新型能源，即非常规的车用燃料，指除汽油、柴油、天然气（NG）、液化石油气（LPG）、乙醇汽油（EG）、甲醇、二甲醚之外的燃料。

2.发展新能源汽车的意义

由于传统汽车需要消耗燃油以及排放NOX、HC、CO、CO2等废气，因此发展新能源汽车对降低全球气候变暖的影响、减少环境污染以及解决能源危机（节约能源、优化能源结构）有重要的意义，如图1-1-2所示。

纯电动汽车和燃料电池电动汽车在本质上是一种零排放汽车，一般无直接排放污染物，间接污染物可以采取集中治理的方法加以控制。混合动力汽车在纯电动行驶模式下同样具有零排放的效果，同时由于减少了燃油消耗，CO2排放可降低30%以上。另外，电动汽车比同类燃油车辆噪声低5dB以上，大规模推广电动汽车将大幅度降低城市噪声。

引导问题二 新能源汽车会成为主流吗？

1.新能源汽车政策、法规与标准

国家政策对加快新能源汽车的发展起着至关重要的作用。各国政府相继发布新能源汽车发展战略和国家计划，加大政策支持力度，增加研发投入，全力推进新能源汽车产业化。

针对新能源汽车产业的发展，我国政府也相继出台了一系列政策、法规和技术标准，并且根据发展状况不断更新和调整。政府出台的政策引导和加大资金投入，推进汽车生产企业加大对新能源汽车研发的力度。

新能源汽车的开发早已引起了全球汽车产业的关注，包括我国在内的众多汽车公司转向研究和开发新能源汽车。随着新能源汽车技术瓶颈的陆续突破，新能源汽车产业进入了快速发展的新阶段。

2.新能源汽车现状与发展趋势

（1）国外新能源汽车

1）突破动力电池技术是关键。受续驶里程、充电技术及充电设施等方面的影响，国外纯电动汽车的主要应用是小型乘用车，以及运行比较有规律的大型公交车、市政与邮政等特殊用途车辆。纯电动汽车的技术攻关重点集中在提高动力电池性能、降低成本方面。与传统的汽车性能和成本比较，动力电池已成为限制纯电动汽车发展的瓶颈。因此，研究和开发不污染环境、成本低廉、性能优良的动力电池，是大量推广使用纯电动汽车的前提。图1-1-3是特斯拉Model S纯电动汽车。

2）混合动力汽车作为过渡产品。混合动力汽车是传统发动机汽车和纯电动汽车之间的过渡产品，既充分发挥了现有发动机技术优势，又尽可能发挥电机驱动无污染的优势。日本最早研发混合动力汽车，并最先实现了产业化。丰田普锐斯（Prius）于1997年10月底问世，是世界上最早实现批量生产的混合动力汽车。其他各大汽车厂家纷纷推出混合动力汽车产品，如本田Insight、通用Saturn VUE、福特Escape等。图1-1-4是丰田普锐斯混合动力汽车。

3）燃料电池汽车成为竞争的焦点。氢燃料电池汽车是使用液态氢作为汽车的动力电池能源，与大气中的氧气发生化学反应，从而产生电能来驱动电机，进而驱动汽车。燃料电池及氢动力发动机车型被看作是新能源汽车最终的解决方案。由于燃料电池汽车技术的战略意义十分重大，世界各发达国家和地区都在潜心致力于燃料电池汽车的研究。从国外燃料电池电动汽车发展现状看，全球主要汽车公司基本完成了燃料电池汽车的性能研发，整车性能已达到传统汽车水平，核心技术问题也已经得到解决。今后的研究重点集中到降低燃料电池系统成本、规模建设加氢基础设施和推广商业化示范等方面。图1-1-5是奔驰公司生产的燃料电池汽车。

（2）国内新能源汽车

2020年10月，工信部指导、中国汽车工程学会组织行业专家修订编制的《节能与新能源汽车技术路线图2.0）正式发布，至2035年，传统能源动力乘用车将全部转为混合动力，新能源汽车成为国内汽车市场主流（占总销量的50%以上）从而实现汽车产业的全面电动化转型。

与国外新能源汽车应用相似，我国新能源汽车目前主要应用在大型公交汽车、物流营运汽车、共享汽车、网约汽车等方面，家庭用车用量较少但在迅速增长。图1-1-6是应用广泛的城市纯电动公交车。

根据中国汽车工业协会发布的汽车工业产销数据显示，即便在汽车整体产销量下滑的情况下，我国新能源汽车仍然保持大幅度的上涨趋势。2019年全年新能源汽车产销分别完成124.2万辆和120.6万辆。根据权威部门数据，截至2020年底，全国新能源汽车保有量达492万辆，占汽车总量的1.75%。其中，纯电动汽车保有量400万辆，占新能源汽车总量的81.32%。新能源汽车增量连续3年超过100万辆，呈持续高速增长趋势。

综上所述，新能源汽车虽然在短期内不能完全替代传统的发动机汽车，但新能源汽车成为汽车产业的主流是大势所趋。

引导问题三 新能源汽车有哪些类型？

如图1-1-7所示汽车根据动力系统获取能源方式，可以分为以下类型：

类型一燃油汽车：以传统发动机驱动的汽车，全部的动力能源都来自发动机输出，采用的燃料是汽油和柴油。

类型二替代燃料汽车：在发动机基础上研发以替代燃料技术为主的替代燃料汽车，如燃气类汽车、醇类燃料汽车、氢气汽车等。

类型三电动汽车：以电力驱动技术为主的电动汽车。电动汽车从动力结构的角度可以分为纯电动汽车、混合动力汽车，同时也包括燃料电池汽车及其他类型的电动汽车，如太阳能汽车和超级电容汽车等。对于将燃料电池汽车、太阳能汽车和超级电容汽车归类到电动汽车类型中的主要原因在于，此类汽车的能源最终都是转换成电力的形式并通过电机驱动车辆的。

根据目前国家对新能源汽车的最新定义，只有纯电动汽车（包括太阳能、超级电容汽车）、插电式混合动力汽车（包括增程式）和燃料电池汽车才属于新能源汽车，其他类型则属于节能汽车、清洁能源汽车的范畴。

一般情况下，我们所说的新能源汽车是指纯电动汽车或油、电类型的混合动力汽车，因此，以下的内容在没有特别说明的情况下，所述的新能源汽车即为上述两种类型。

以下分别介绍除传统燃油汽车外的其他类型汽车。

1.纯电动汽车

纯电动汽车（Battery Electric Vehicle, BEV或EV）：全部采用电力驱动的汽车，利用驱动电机来驱动车辆。图1-1-8是纯电动汽车结构示意图及标识。

2.混合动力汽车

混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle, HEV）：国际电子技术委员会（IEC）对混合动力车辆的定义为，在特定的工作条件下，可以从两种或两种以上的能量存储器、能量源或能量转化器中获取驱动能量的汽车，其中至少一种存储器或转化器要安装在汽车上。

混合动力汽车通常是指油、电类型的混合动力汽车，即发动机与动力电池、电机的驱动混合。如图1-1-9所示，混合动力汽车介于传统发动机汽车与纯电动汽车之间，是两种动力汽车的中间产物。与纯电动汽车相比，混合动力汽车上配置有发动机；与传统汽车相比，混合动力汽车上又新增有动力电池和电机。但是，混合动力汽车中的动力驱动单元却完美地将发动机的动力与电机的动力结合在一起。图1-1-10是混合动力汽车结构示意图。

混合动力汽车的结构复杂多样，从不同的角度可以细分多种类型。

（1）根据驱动连接方式分类

根据发动机和驱动电机之间的连接关系（即发动机的输出动力与驱动电机的输出动力到车辆驱动轴的连接方式），将混合动力汽车分成串联式、并联式和混联式三种类型。

1）串联式混合动力：在串联式混合动力设计中，车辆的驱动仅仅是由驱动电机来单独完成的，动力电池的电能来自外部电源和发动机进行充电，如图1-1-11所示。

串联式混合动力类型的优点是发动机能够在最佳的转速和负荷运行，同时车辆也取消了变速器、离合器等部件；缺点是车辆仅通过电机驱动，因此必须设计有较大功率的电机来满足车辆在爬坡、急加速等大负荷运行工况，导致整车重量加大。

这种混合动力类型主要应用于城市大客车上，在乘用轿车中很少见。“增程式”电动汽车即采用串联式设计方式。

2）并联式混合动力：在并联式混合动力设计中，车辆的驱动是由发动机和驱动电机组合完成的。动力电池获取电能的途径是发动机的充电及能量回收，如图1-1-12所示。

并联式混合动力类型的优点是采用了一个或多个电机辅助发动机，使得发动机的设计可以更小更轻；其缺点是需要用复杂的软件来优化驱动电机和发动机同时输向驱动轴的力矩。并联式混合动力在国外的高端品牌及日本进口、合资车型上采用较多，例如奔驰S400 HYBRID配备的平行（即并联）混合动力驱动系统，大众、奥迪、宝马、本田、丰田公司混合动力系统大部分采用并联设计方式。

3）混联式混合动力：混联式混合动力也称为“串并联式”混合动力系统，其集合了串联式和并联式的优点，如图1-1-13所示。

混联式混合动力类型的优点是可以实现单独由驱动电机驱动车辆，发动机自动停机或起动为系统充电，也可以实现发动机和驱动电机共同驱动车辆；其缺点是动力分配装置内部设计和管理系统较为复杂，需要较高的技术积累和研发投入。目前市场上的混合动力汽车大多数采用这种设计类型，例如丰田、比亚迪、上汽荣威等混合动力车型。

（2）根据混合程度分类

根据驱动电机的有效功率占车辆驱动系统总功率的百分比，可以将混合动力汽车分为轻度混合动力、中度混合动力和重度混合动力三个等级。

1）轻度混合动力：也称“弱混”，一般采用36V或42V动力电池组，并搭载一个低功率的一体化起动/发电机通过曲轴传动带来辅助发动机。电机不能够单独驱动车辆行驶，只起辅助作用，在自动起停、发动机起动平滑辅助和制动能量回收时起作用。该系统优点是成本小，但节省的燃油也少，一般只能省油8%～15%。图1-1-14所示是轻度混合动力系统结构示意图。

轻度混合动力汽车的典型代表技术有别克君越的BAS（Basic Assist System）系统、奔驰Smart的MHD（Micro Hybrid Drive）怠速熄火系统、奇瑞汽车合作研发的BSG（Belt-driven Starter/Generator）系统。这些系统的共同特点都是由曲轴传动带驱动的起动/发电机取代了传统发动机的发电机，由这个新型的起动/发电机提供车载电力系统的同时，还能快速起动车辆的发动机。

2）中度混合动力：一般采用100V以上的动力电池，混合度在30%左右。在车辆加速或者大负荷工况时，电机能够辅助发动机驱动车辆，补充发动机本身动力输出的不足。这种系统的混合程度较高，在城市循环工况下节省燃油可以达到20%～30%。图1-1-15所示是中度混合动力系统结构示意图。

中度混合动力汽车的典型代表技术有本田雅阁、思域，丰田的雷凌。需要强调的是，中度混合动力汽车仍然无法完全脱离发动机的驱动并完全依靠电力驱动，根据国家标准，仅属于节能汽车。

3）重度混合动力：也称“强混”，一般采用200～650V的高电压，混合度可以达到50%以上，在城市循环工况下节油率可以达到30%～50%。重度混合动力汽车采用发动机为基础动力，动力电池为辅助动力；支持低速纯电动行驶；在急加速和爬坡运行工况下车辆需要较大的驱动力时，驱动电机和发动机同时提供动力。图1-1-16所示是重度混合动力系统结构示意图。

随着驱动电机、动力电池技术的进步，重度混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向，丰田普锐斯、通用的凯雷德双模混合动力汽车采用的就是重度混合动力系统。

（3）根据充电方式分类

根据混合动力汽车的充电方式，可以分为非插电式混合动力和插电式混合动力两种类型。

非插电式混合动力汽车动力电池的电能仅来自发动机及能量回收。

插电式混合动力汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV）可以通过外部连接的电源进行充电，同时在动力电池充满电的状态下具有一定的纯电动行驶能力，是重度混合动力车型的一种特殊形态。插电式混合动力可以采用串联或并联的结构，电机功率比纯电动汽车的稍小，插电式混合动力汽车已成为主流发展方向之一。图1-1-17是丰田普锐斯插电式混合动力汽车，可以通过外部电源进行充电。

比亚迪秦和雪佛兰的Volt（沃蓝达）也属于这种类型的混合动力汽车。例如，沃蓝达可以在纯电动模式下行驶80km，待电量耗尽后可利用1.4L发动机作为驱动力额外行驶490km。如果想要继续行驶，只需为车辆充电或加油即可。

（4）根据燃料种类分类

根据混合动力汽车的燃料种类不同，可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种类型。目前国内市场上，混合动力汽车的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。

图1-1-18是大众高尔夫柴油混合动力汽车的标识。

3.燃料电池汽车

燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。燃料电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，直接变成电能。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池汽车是无污染的汽车。燃料电池的能量转换效率比发动机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的汽车。燃料电池汽车（奔驰F-cell）的外形和结构如图1-1-19所示。

4.太阳能汽车

太阳能汽车是在普通电动汽车基础上将太阳能转化成电能对车辆进行供电的，在很大程度上降低了电动汽车的使用成本，而且非常环保。白天，太阳能电池把光能转换为电能自动存储在动力电池中；在晚间或阴雨天，可以利用家用交流电（220V）进行充电，确保车辆照常行驶。

太阳能汽车的优点是以光、电代替燃油，无污染、无噪声；缺点是开发成本较高，而且受自然条件（阳光）的限制。太阳能汽车的外形如图1-1-20所示。

5.超级电容汽车

超级电容汽车采用了超级电容储能装置储存电能。利用双电层原理制成的大容量电容称为超级电容，利用超级电容储能的装置就称为超级电容储能装置。图1-1-21是我国第一辆超级电容客车，2006年8月28日在上海投入运营。使用证明，该车起步动作迅速有力，运行时清洁、经济、方便，在车顶上的可伸缩受电弓可快速升降，与公交车站上方的高压馈线碰触就可充电，中途充电30s即可行驶3～5站地的距离。

6.替代燃料汽车

除汽油、柴油以外的替代燃料汽车，虽然根据当前的国家标准不属于新能源汽车，但是这些类型的汽车在解决环境污染、气候变暖、能源危机等方面也有一定的贡献。替代燃料汽车包括燃气类、醇类、氢气汽车等类型。

（1）燃气类燃料汽车

燃气类燃料汽车简称燃气汽车，是指用压缩天然气（CNG）、液化石油气（LPG）和液化天然气（LNG）作为燃料的汽车。燃气汽车由于其排放性能好，可调整汽车燃料结构，运行成本低、技术成熟、安全可靠，所以被世界各国公认为当前最理想的替代燃料汽车。目前，燃气仍然是世界汽车代用燃料的主流，在我国代用燃料汽车中占到90%左右。

燃气汽车一般采用双燃料系统。双燃料汽车是指具有两套燃料供给系统，一套供给天然气或液化石油气，另一套供给天然气或液化石油气之外的燃料（汽油或柴油），两套燃料供给系统按预定的配比向气缸供给燃料，在气缸混合燃烧的汽车。图1-1-22是长安星光4500双燃料汽车，以93号无铅汽油和CNG天然气为燃料。

（2）醇类燃料汽车

乙醇俗称酒精，因此使用乙醇为燃料的汽车，也可叫酒精汽车。如果采用生物乙醇作为燃料，则可以称为生物燃料或生物乙醇汽车。用乙醇代替石油燃料的历史已经很长，无论是从生产上和应用上的技术都已经很成熟。在汽车上使用乙醇，可以提高燃料的辛烷值，增加氧含量，使发动机气缸内燃烧更完全，可以降低尾气中有害物的排放。如图1-1-23所示为三菱生物乙醇汽车。

（3）氢气汽车

氢气汽车也称氢动力汽车或氢燃料汽车，是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，具有无污染、零排放、储量丰富等优势。因此，氢气汽车是传统汽车最理想的替代方案。但是从制造成本而言，与传统动力汽车相比，氢气汽车成本至少高出20%。中国长安汽车在2007年完成了中国第一台高效零排放氢发动机点火汽车，并在2008年北京车展上展出了自主研发的中国首款氢气动力概念跑车“氢程”（图1-1-24）。

引导问题四 新能源汽车有哪些生产厂商和车型？

世界各国的汽车生产厂商都陆续推出新能源汽车，以下列举目前国外和国内新能源汽车生产厂商及代表车型。

1.国外新能源汽车主要生产厂商及代表车型

国外部分新能源汽车主要生产厂商及代表车型见表1-1-1，车型介绍及其他信息更新可以通过互联网络查询。

2.国内新能源汽车主要生产厂商及代表车型

目前国内部分新能源汽车主要生产厂商及代表车型见表1-1-2，车型介绍及其他信息更新可以通过互联网络查询。

引导问题五 新能源汽车的结构与传统燃油汽车有什么区别？

新能源汽车的基础仍然是汽车，只是驱动车辆的能源形式变了。与传统汽车相比，新能源汽车具备以下结构特征：

特征一：保留传统汽车大部分部件，如车身、灯光、底盘等，外形和传统汽车基本一致。为了迎合时代的潮流，新能源汽车外形设计通常比较“时尚”，图1-1-25是蔚来ES8纯电动汽车，图1-1-26是理想ONE增程式电动汽车。

特征二：改变驱动车辆的动力形式。纯电动汽车采用了动力电池加电机及变速驱动单元的方式来取代传统汽车的发动机和变速器，混合动力汽车在原来发动机和变速器的基础上增加了动力电池及驱动电机作为辅助动力。图1-1-27是电动汽车的驱动形式示意图。

特征三：因为驱动系统和运行模式的改变，部分辅助系统也相应的做了改变，例如空调与暖风系统、低压电源系统以及补充能源的形式等。

以下介绍新能源汽车在结构上与传统燃油汽车的区别。

1.外观特征的区别

1）如果是纯电动汽车，通常车辆上标识有EV等字样，如图1-1-28所示。

2）如果是混合动力汽车，通常车辆上标识有HYBRID、HEV或PHEV字样，如图1-1-29所示。

3）纯电动汽车和插电式混合动力汽车，需要通过外部充电的方式来获取电能，因此可以通过充电口这个特征进行判别，如图1-1-30所示。

4）除了和传统车辆相似的车辆识别码VIN和铭牌外，新能源汽车的动力电池、驱动电机以及各模块上都有铭牌注明相关的技术信息。图1-1-31是荣威e50纯电动汽车的铭牌，图1-1-32是北汽新能源纯电动汽车驱动电机铭牌。

2.驱动结构的区别

（1）纯电动汽车驱动结构与传统汽车的区别

纯电动汽车行驶的动力全部依靠驱动电机（简称电机或电动机），电机的驱动电能来自动力电池（也称动力蓄电池、高压电池包、动力电池组等）。如图1-1-33所示，纯电动汽车的驱动系统上不再有传统汽车的发动机和变速器，取而代之的是位于车辆后部或底部的动力电池，以及位于原发动机位置的一个带有电机的变速单元，同时也包含控制电机的逆变器（驱动电机控制器）及其他高压部件。

1）动力电池。动力电池是纯电动汽车唯一的动力源，是混合动力汽车辅助的动力源。

动力电池包含有电池能量管理系统BMS，在向全车提供电能的同时，还支持对动力电池的电量计算评估、安全监测、充放电控制、漏电监测以及电池的电量平衡。图1-1-34是动力电池的结构示意图。

2）变速驱动单元。变速驱动单元（电驱动总成）是电动汽车的动力输出部分，内部主要包括电机和减速齿轮机构。如果是前驱的车辆，该部件通常安装在前机舱内，电机将电能转换为机械能来实现驱动车辆，带电机的变速驱动单元是新能源汽车，特别是纯电动汽车的关键部件。

典型的纯电动汽车变速驱动单元的结构，在其内部可以看到一个用于驱动的电机和连接电机转子的齿轮机构。此外，更明显的是驱动单元的上方还有连接驱动电机控制器的三根高压电缆。图1-1-35是变速驱动单元结构示意图，图1-1-36是电机在车辆上位置和外形图（特斯拉）。

逆变器是变速驱动单元的主控部件，通常位于变速驱动单元的上部。逆变器一端连接来自动力电池的高压电，另一端连接变速驱动单元电机的三相交流电缆，主要用于将来自动力电池的直流电转换为可用于驱动电机的三相交流电；同时在制动能量回收时，也将来自电机产生的交流电转换成直流电，反馈给动力电池充电。大多数车辆将逆变器与电机控制模块集成在一起，称“驱动电机控制器”，实现逆变器的功能和控制电机的运转。图1-1-37是驱动电机控制器的外形图及控制方式示意图。

（2）混合动力汽车驱动结构与传统汽车的区别

根据运行的需要，混合动力汽车相比较传统汽车，主要的改变在车辆的驱动系统上，即在传统汽车的发动机、变速器、传动轴到车轮的线路上，还会增加一套由动力电池（HEV蓄电池）、电机组成的电动动力输出线路。如图1-1-38所示是混合动力汽车典型驱动结构。

如图1-1-39所示是丰田混合动力汽车（凯美瑞、普锐斯）的前机舱，右侧带橙色高压线的金属模块是驱动电机控制器。如图1-1-40所示是丰田混合动力汽车位于行李舱的HEV蓄电池。

图1-1-41是比亚迪秦混合动力汽车前机舱，明显可见发动机、电动机及控制器的位置。

一般情况下，混合动力汽车的发动机不再通过曲轴传动带来驱动空调压缩机和发电机等旋转部件了。混合动力汽车通常采用电动空调压缩机，有的车型发动机冷却液也采用电子冷却液泵，但曲轴上的带轮仍会保留，仅作为减振器用。图1-1-42是丰田混合动力汽车的发动机示意图，曲轴传动带驱动部件少了，仅保留一个冷却液泵和惰轮。

由于混合动力汽车发动机可能很少运行，因此还会设计有独立的封闭式燃油炭罐回收系统，利用更大的炭罐来吸收燃油箱内的蒸发燃油气体。如图1-1-43所示的混合动力汽车（雪佛兰沃蓝达）设计的很大的一个炭罐。

3.新能源汽车其他结构的区别

因为驱动系统和运行模式的改变，新能源汽车在一些系统上也必须做升级。

（1）车载电器电源提供和12V蓄电池充电方式

传统燃油汽车是通过发动机驱动发电机为12V蓄电池充电，为车载电器提供工作电源。纯电动汽车以及大部分混合动力汽车不再设计有发电机，动力电池的高压电通过DC/DC变换器转换为12V低压电源，为12V蓄电池充电和常规的车载电器提供工作电源。常规的车载电器部件包括灯光、中控门锁、信息娱乐系统、电动门窗等。图1-1-44是纯电动汽车12V电源系统的转换过程。

DC/DC变换器通常安装在前机舱内，将动力电池的高压直流电转换为低压12V直流电。有的车型（如比亚迪e6）的DC/DC变换器包含空调驱动器功能，接收空调控制器（控制模块）的信息来控制空调压缩机和暖风加热器PTC。也有的车型（如比亚迪e5）将DC/DC变换器和其他高压部件，如车载充电器、驱动电机控制器集成一体。

如图1-1-45所示，比亚迪e6前机舱左侧的是DC/DC变换器（与空调驱动器集成一体，右侧是驱动电机控制器）。

（2）空调和暖风系统控制方式

纯电动汽车和大部分混合动力汽车的空调采用电动方式（高电压）来驱动压缩机，这区别于传统汽车通过发动机曲轴传动带驱动形式，但制冷原理与传统汽车相同，如图1-1-46所示。

在暖风实现的形式上，由于没有了发动机70℃以上热量来源，驱动电机产生的热能也达不到合适温度，纯电动汽车通常是利用电加热的方式来产生暖风。电加热的方式有两种，一种是通过高压电加热类似传统暖风系统中的冷却液，再经过循环为暖风水箱提供热量；另一种是直接通过高压电驱动PTC（Positive Temperature Coefficient，意思是正温度系数，温度越高电阻越大，泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件）加热器来加热，经过蒸发箱的空气实现暖风，如图1-1-47所示。

（3）补充能源的形式

如果是纯电动汽车，能源主要是通过外部电网提供的电能；而如果是混合动力汽车，能源有来自外部电网的电能，也有传统汽车使用的燃油。图1-1-48是新能源汽车通过外部电网充电获取能源，即充电的方式。

（4）组合仪表的显示

与传统汽车相比，新能源汽车的组合仪表减少了各种指针，而用纯液晶显示屏代替，显示内容有行车信息显示区域、车速表、续驶里程以及各种指示警告灯等；中间显示车速和行车信息，仪表的两侧取消了发动机转数和燃油表指针，换成了电机功率和剩余电量（SOC）。图1-1-49是纯电动汽车的组合仪表。

（5）制动系统的区别

新能源汽车的液压制动系统与传统燃油汽车基本结构区别不大，但是纯电动汽车液压制动的辅助助力不再有来自发动机的真空源，混合动力汽车的发动机也可能随时关闭，为保证行车制动安全，通常需要单独设计一个电动真空系统来为真空助力器提供真空源。图1-1-50是电动真空系统结构示意图。

有些混合动力汽车不再设计有真空助力的制动系统，改用电控液压制动系统。驾驶人踩下制动踏板时，不再是机械传递制动力到制动主缸，而是制动踏板位置传感器将信号先传递给ECB（电子控制制动）模块，由ECB模块根据制动需求，驱动液压制动系统的制动压力实现制动。该系统的最大好处是可以无缝配合混合动力的制动能量回收控制系统，根据传感器收集驾驶人踩制动踏板的程度和所施加的力计算所需的制动力。图1-1-51是丰田混合动力汽车的电子制动系统结构示意图。

为了减少能源损耗，新能源汽车都设计了制动能量回收系统。制动时，系统先给电机上加载负荷让电机利用这个负荷来发电，逆向拖动车辆制动的一种方式。制动能量回收可以有效降低因制动导致的摩擦能量消耗。图1-1-52是混合动力汽车制动能量回收系统结构示意图。

（6）转向系统的区别

纯电动汽车不能通过发动机驱动液压助力油泵的方式来实现液压助力。混合动力汽车的发动机可能会停止运转，失去转向助力。大多数新能源汽车采用电动助力转向系统，即在原机械转向系统基础上安装一个电机，作为转向的辅助动力。转向系统电机从车辆电源系统获取电能，无论发动机是否运转，均能提供转向助力。图1-1-53是电动转向机构结构示意图。

（7）高压电缆

新能源汽车具有高电压，需要高压电缆（或称高压导线）向各高压部件输送高压电，连接高压电器部件之间的电缆都属于高压电缆。高压电缆的外部绝缘层颜色采用标准的橙色。高压电缆及电缆之间的连接器需要满足国家高压电器安全标准，同时由于高压部件之间电流很大，所以采用的电缆直径都在5mm以上。图1-1-54是高压电缆及连接器。

（8）高压配电箱

在新能源汽车应用中，一般将动力电池和电机控制器之间的高压配电箱单元称为BDU（Battery Disconnecting Unit），也称“高压控制盒”等。BDU是整车高压配电装置，主要作用是高压电源的分配、接通、断开。纯电动汽车在运行时，动力电池的电能主要去向有五个方向：

1）动力电池→BDU→电机控制器：为驱动电机提供电能并接受制动能量回收电能；

2）动力电池→BDU→空调压缩机：为车载空调提供制冷功能；

3）动力电池→BDU→DC/DC变换器：为车辆低压电器提供电源和给12V蓄电池充电；

4）动力电池→BDU→PTC暖风加热器：为车载暖风系统提供加热功能；

5）外部220V电源→车载充电器→BDU→动力电池：使用外部220V电源为动力电池充电。

BDU内部主要是继电器和电路，由整车控制器VCU根据点火开关或充电需求控制对应继电器的接通和断开。如图1-1-55所示是比亚迪e6高压配电箱BDU外形和内部结构。

（9）高压电控总成

早期的纯电动汽车与高压相关的部件都是独立设计的，图1-1-56是北汽E150EV前舱部件位置。随着技术的发展，新能源汽车生产厂家纷纷将高压部件集成为一体。如图1-1-57所示，北汽新能源从2016年以后生产的纯电动汽车，已将DC/DC变换器、高压控制盒（BDU）、车载充电器集成到一个部件PDU（动力控制总成）中，由PDU完成上述三个部件的功能。

如图1-1-58所示，比亚迪e5将电机控制器（逆变器）、高压配电箱、DC/DC变换器、车载充电器“四合一”设计，称为“高压电控总成”，其功能如下：

1）控制高压交/直流电双向逆变，驱动电机运转，实现充、放电功能（即电机控制器、车载充电器）；

2）实现高压直流电转化低压直流电为整车低压电器系统供电功能（即DC/DC变换器）；

3）实现整车高压回路配电功能以及高压漏电检测功能（即高压配电箱和漏电传感器）；

4）直流充电升降压功能；

5）车载局域网CAN通信、故障处理记录、在线编程以及自检等功能。

（10）整车控制器

整车控制器（VCU或VCM，整车控制单元或模块）通常安装在前机舱（图1-1-56）或驾驶室内（图1-1-59）。VCU是全车动力系统的主控制模块，是实现整车控制决策的核心，类似于传统汽车动力系统控制模块PCM的功能。VCU通过采集加速踏板、档位、制动踏板等信号来判断驾驶人的驾驶意图；通过监测车辆状态（车速、温度等）信息，由VCU判断处理后，向动力系统发送控制命令，同时控制车辆其他系统的运行模式。

（11）漏电传感器

漏电传感器位于后排座椅底部，主要用于监测动力电池与车身的漏电电流。图1-1-60是比亚迪e6的漏电传感器。

（12）维修开关

维修开关是电动汽车中一种常用的手动操作设备，用于直接断开车辆中的高压电，保证能安全地对车辆进行维修检查工作。图1-1-61是比亚迪e6的维修开关。

引导问题六 新能源汽车有哪些性能特征与评价参数？

1.新能源汽车的性能特征

从技术的角度，新能源汽车的具有传统汽车无法通过改进发动机或变速器来获取的基本性能。

（1）节省燃油

如果是纯电动汽车，无须消耗燃油。单一发动机动力的汽车，为了满足不同工况的需求，其空燃比会偏离最佳空燃比（14.7∶1），从而导致油耗增加和排放变差。混合动力汽车是通过驱动电机的动力输出，来弥补汽车行驶工况变化时发动机的不足，始终工作在最佳的空燃比附近，节省30%～50%的燃油。如图1-1-62所示，混合动力汽车的发动机能够在不同工况下保持稳定转速。

（2）良好的动力输出性能

如果是纯电动汽车，驱动车辆的驱动部件是电机。电机具有加电后反应快、低速输出转矩大等特点，把这一特性再通过变速器输出到车轮上，汽车表现出来起步快，同时运转平稳流畅，具备无级变速器的优秀品质。

如果是混合动力汽车，驱动力通常来自发动机输出动力和驱动电机输出动力，相比较于传统汽车仅有一种发动机动力来源，混合动力汽车能够在车辆急加速的情况下，及时通过调动电机或者增加电机的输出功率的方式来提升输出转矩，增加车辆的动力性。而传统汽车如果需要做到快速加速，就必须通过增加燃油供给，并经过一个完整的进气、压缩、做功、排气的工作循环，导致输出动力的滞后性。图1-1-63所示是混合动力采用电机辅助来平滑输出转矩的曲线图。

（3）实现自动停机与自动起动控制性能

绝大部分新能源汽车采用自动起停系统，能够轻松实现自动停机与自动起动的控制，纯电动汽车在停车等待红灯时，只需要关闭供给电机的电能即可实现零能量消耗。混合动力汽车的发动机通常会取消了传统的起动机，改由电机来直接驱动发动机的起动，能够进一步降低车辆在怠速时的燃油消耗和尾气排放。如图1-1-64是自动起停系统的工作示意图。

（4）能量利用率更高

根据传统汽车能量消耗主要方式（图1-1-65），传统汽车的发动机真正能够把燃油产生用在驱动车辆的能量大约只有25%～35%，而纯电动汽车有效利用率超过了50%。即使是混合动力汽车，可以通过电力系统的辅助来优化发动机的工作，特别是有些混合度较高的混合动力可以大部分时间都是纯电力驱动，其能量利用率也有大幅的提高。

此外，新能源汽车有一个很重要的能量利用方式就是制动能量回收。制动能量回收是指通过连接车辆驱动轴的电机，在新能源汽车需要制动时，先给电机上加载负荷让电机利用这个负荷来发电，逆向拖动车辆制动的一种方式。制动能量回收可以有效降低因制动导致的摩擦能量消耗。

2.新能源汽车性能的评价参数

传统燃油汽车性能的评价参数包括动力性、燃油经济性、制动性、操控稳定性、平顺性以及通过性等。对于新能源汽车，如何评价其性能呢？如图1-1-66所示，新能源汽车性能的评价参数包括续驶里程、驱动功率、充电时间、百公里耗电量以及使用的方便性。

（1）续驶里程

续驶里程俗称“续航里程”，续驶里程关系着用户的使用经济利益，也关系着整车的技术性能，对于纯电动汽车，续驶里程是指从充满电的状态下到实验结束时所行驶的距离，以千米（km）作为单位。例如，吉利帝豪EV450纯电动汽车的续驶里程（图1-1-67）在综合工况下是400km。

对于混合动力汽车，续驶里程会分成纯电动行驶里程和燃油行驶里程。例如，上汽荣威e550混合动力汽车（图1-1-68）的纯电动行驶里程56km。纯电动行驶里程越大的混合动力汽车被认为是性能更加优越。我国目前对新能源汽车（混合动力）的补贴也是以纯电动行驶里程为基准的。

影响续驶里程的除了外部因素，如道路状况、交通拥堵、气候环境、驾驶习惯等外，内部因素主要是动力电池能量（容量）与技术性能，还包括车辆本身的质量以及对能量的利用率等。

（2）驱动功率

驱动功率是衡量新能源汽车动力性的重要指标，直接影响到汽车的加速性能和最高车速。纯电动汽车的驱动功率唯一的来源就是驱动电机；而混合动力汽车的驱动功率在纯电动行驶模式下，是由电机来提供的，在混合动力驱动模式下一般是发动机与电机的组合。

（3）充电时间

纯电动汽车及插电式混合动力汽车的充电时间，是指采用指定的方式，对动力电池的电量处于最低状态下，进行充满电所需要的时长。充电时间的长短影响消费者对购买新能源汽车车型的选择。

充电时间的长短与很多因素有关，包括动力电池容量、充电方式，以及充电时的环境因素等。根据目前的技术状况，大多数的纯电动汽车快充（直流电）需要20～30min可充50%，1～1.5h就充满了，慢充（交流电）则需要6～12h左右。

（4）百公里耗电量

传统燃油汽车的用户需要支付燃油的费用，而电动汽车需要支付充电的费用。相对于传统汽车的百公里油耗而言，新能源汽车（电动汽车）涉及百公里耗电量。一般情况下，纯电动汽车百公里电耗在13～15kW·h（度）左右，其中：主驱动系统（电机）损耗约占75.15%，其他的电量损耗包括辅助电气损耗、机械摩擦损耗、电池内阻损耗等。图1-1-69是某品牌纯电动汽车续驶里程与耗电量计算实例。

（5）使用的方便性

使用的方便性指汽车与外部的互联性能，例如充电是否方便，以及车载影音系统、遥控门锁、导航系统等使用便捷性等。

自我测试

1.判断题

（1）新能源汽车是就是指纯电动汽车。（　）

（2）新能源汽车一定是零排放的汽车。（　）

（3）燃料电池汽车属于新能源汽车。（　）

（4）由于也能实现零排放，电动老年代步车属于新能源汽车。（　）

（5）根据目前的标准，混合动力汽车必须是插电式（含增程式）才属于新能源汽车。（　）

2.单选题

（1）纯电动汽车最主要的技术关键是（　）

A.电控技术

B.驱动电机

C.动力电池

D.充电桩

（2）新能源汽车的最终发展目标是（　）

A.节能汽车

B.混合动力汽车

C.纯电动汽车

D.燃料电池汽车

（3）以下不属于新能源的是（　）

A.太阳能

B.机械能

C.风能

D.海洋能

（4）以下不属于常规车用燃料的是（　）

A.汽油和柴油

B.天然气和液化石油气

C.乙醇汽油

D.氢气

（5）我国新能源汽车目前主要应用在（　）

A.公交汽车

B.物流营运汽车

C.出租车（包含网约及共享汽车）

D.以上都是